Suspensions de biopolymères et leur stabilité

Contraction Spontanée de gels de Polysaccharide

La contraction spontanée des gels qu’on observe à certaines conditions de conservation est liée aux propriétés thermodynamiques des unités et agrégats d’unités structurant le gel monoconstitué, c’est ce résultat que nous avons mis en évidence dans cette étude en nous servant d’un polysaccharide, le kappa-carraghénane (kC), comme monoconstituant des gels étudiés. Nous avons constaté que les gels de kC expulsent le solvant en fonction de sa composition saline, phénomène qu’on appelle synérèse, lorsque le gel est conservé dans un intervalle de température. Pour étudier la stabilité thermique des gels de kC, nous avons élaboré une méthode d’étude des propriétés thermodynamique du polysaccharide en solution en utilisant la rhéologie. Nous avons mesuré la viscosité des solutions de kC en fonction de la concentration du polysaccharide à différentes températures. Pour chaque température, nous obtenons une concentration critique (C*) qui est une fonction du rayon hydrodynamique (Rh) du polysaccharide. Ainsi, nous obtenons la relation entre la température de la solution et un paramètre caractéristique de la taille des polysaccharides. De cette relation (T, Rh) nous déduisons la cause thermodynamique de la contraction du gel de polysaccharide. Les effets de contraction sont cinétiques.  Les résultats de cette étude n’auraient pas été possible si nous n’avions pas énoncé le principe suivant : « pour tout liquide de corps pur simple ou composé soumis à une variation de température, il existe une température à laquelle la viscosité du liquide atteint une valeur minimale critique ». Les bases du concept sont explicitées dans l’article où l’application sur l’eau a montré une viscosité minimale à 100 °C ± 2 °C à pression atmosphérique. Nous pouvons désormais prédire la stabilité thermique de gel de tout type de polymère par la mesure (T, Rh).

Propriété ionique des carraghénanes 

Depuis des décennies, les experts des polysaccharides de la famille des carraghénanes pensaient que la propriété ionique des carraghénanes était liée quasi exclusivement au nombre de groupement fonctionnel de charge négative porté par le monomère. Ainsi, il est connu dans le milieu des spécialistes du sujet que l’affinité ionique du kC pour le potassium monovalent est liée à la monovalence du monomère kC, et l’affinité de l’iota-C (iC) au calcium bivalent est lié à la bivalence du monomère iC, de même l’affinité du lambda-C (lC) au fer trivalent est liée à la trivalence du monomère (lC). Nous avons montré par les résultats de cette étude que l’activité ionique des carraghénanes ne dépend pas que du nombre de groupement fonctionnels chargés, mais aussi de sa position sur l’une ou l’autre unité du monomère. De ce résultat, nous avons mis en évidence le rôle du pont anhydro dans la sélectivité ionique. Lorsque le groupement fonctionnel chargé est sur l’unité du monomère avec un pont anhydro, la réactivité avec le potassium est plus faible que lorsque l’unité de monomère ne porte pas de pont anhydro. Nous avons par la même occasion démontré la différence de solubilité qu’il existe entre la cellulose qui ne porte pas de pont anhydro et les polysaccharides avec un ou plusieurs ponts anhydro dans la chaine. Le pont anhydro est un groupement fonctionnel favorable à la solubilisation des polysaccharides.

Transition pelote – hélice de gels de carraghénanes

Cette étude démontre le rôle de la formation d’hélice au cours de la transition pelote – hélice sur la stabilité du gel. L’eau emprisonnée dans la pelote est expulsée de la pelote pour permettre la transition pelote – hélice. Cette transition est bien mesurable en rhéologie, car elle affecte directement la viscosité et les modules viscoélastiques du système qui change de l’état liquide à l’état gel. Nous avons montré comment la structuration couche par couche et en volume se produit au cours du processus de gélification vieillissement du gel tout en mettant en évidence les effets de température, de force ionique et de concentration de polysaccharide sur la transition pelote – hélice. 

Références

Ako, K., Elmarhoum, S., & Munialo, C. D. (2022). The determination of the lower critical concentration temperature and intrinsic viscosity: The syneresis reaction of polymeric gels. Food Hydrocolloids, 124, 107346.

Elmarhoum, S., Mathieu, S., Ako, K., & Helbert, W. (2023). Sulfate groups position determines the ionic selectivity and syneresis properties of carrageenan systems. Carbohydrate Polymers, 299, 120166.

Elmarhoum, S., Ako, K., Munialo, C. D., & Rharbi, Y. (2023). Helicity degree of carrageenan conformation determines the polysaccharide and water interactions. Carbohydrate Polymers, 314, 120952.